CN114715906B - 类过氧化物酶活性高的蒙脱石纳米酶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种类过氧化物酶活性高的蒙脱石纳米酶及其制备方法。制备方法以硝酸盐为熔盐，采用熔盐法处理含铁蒙脱石粉末，得类过氧化物酶活性高的蒙脱石纳米酶。本发明可以利用储量丰富的天然黏土矿物含铁蒙脱石作为原料，以硝酸盐作为熔融盐，采用熔盐法剥离含铁蒙脱石，在保持蒙脱石微观结构的同时提高了其类过氧化物酶活性，所制备的蒙脱石纳米酶在生理盐水中表现出优异的类过氧化物酶催化活性，打破了以往纳米酶的类过氧化物酶活性对酸性环境的依赖，这有利于蒙脱石矿物资源的高值化利用，所使用的原材料仅有两种，蒙脱石储量丰富、价格低廉，而硝酸盐无毒无害易得，制备工艺简单，可操作性强、易大规模生产制备，环境友好。

Description

类过氧化物酶活性高的蒙脱石纳米酶及其制备方法

技术领域

本发明涉及矿物改性技术领域，尤其涉及类过氧化物酶活性高的蒙脱石纳米酶及其制备方法。

背景技术

部分天然矿物已被证实具有类酶活性，如水铁矿、磁铁矿、赤铁矿等，这些矿物广泛分布在大气、海洋、水体、土壤等生态环境中。矿物纳米酶具有制备过程简单、易大规模制备、性质稳定、对外界环境耐受性强、储存成本低等优点。目前已知的具有类酶活性的矿物主要以含铁量较高的金属矿为主，而非金属矿物如黏土矿物因含铁量低使类酶活性低，限制了黏土矿物的应用。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提出一种制备简单、易大规模制备、对环境友好的类过氧化物酶活性高的蒙脱石纳米酶及其制备方法。

本发明的一种类过氧化物酶活性高的蒙脱石纳米酶的制备方法，以硝酸盐为熔盐，采用熔盐法处理含铁蒙脱石粉末，得类过氧化物酶活性高的蒙脱石纳米酶；其中，所述硝酸盐的熔点为300-400℃。

进一步的，所述硝酸盐为硝酸锂、硝酸钠和硝酸钾中的一种或多种，其熔点在300-350℃之间。

进一步的，所述硝酸盐为硝酸钠。

进一步的，所述熔盐法的具体操作为：将一定质量比例的硝酸盐和含铁蒙脱石粉末混合均匀，加热使硝酸盐熔化，在300-400℃，反应2-12h，反应结束后将混合物冷却至室温，去离子水洗涤去除硝酸盐，得到的沉淀即为类过氧化物酶活性高的蒙脱石纳米酶。

进一步的，将得到的沉淀冻干干燥。

进一步的，所述含铁蒙脱石为含铁的天然蒙脱石，可以选择含铁量高、纯度高的天然蒙脱石矿物为原料，这种蒙脱石原料所含的铁氧化物杂质较低，铁的赋存状态主要为结构铁，而结构铁是活性位点。

采用上述的制备方法制备的一种类过氧化物酶活性高的蒙脱石纳米酶。

本发明可以利用储量丰富的天然黏土矿物含铁蒙脱石作为原料，以硝酸盐作为熔融盐，采用熔盐法剥离含铁蒙脱石，为使蒙脱石在熔盐处理过程中维持微观结构，盐的选择是关键，盐的熔点过高，蒙脱石结构发生坍塌；盐的熔点太低，蒙脱石不能剥离，无法暴露结构铁位点，本发明在保持蒙脱石微观结构的同时提高了其类过氧化物酶活性，所制备的蒙脱石纳米酶在生理盐水中具有优异的类过氧化物酶催化活性，打破了以往纳米酶的类过氧化物酶活性对酸性环境的依赖，这有利于蒙脱石矿物资源的高值化利用，而且制备方法中，所使用的原材料仅有两种，蒙脱石储量丰富、价格低廉，硝酸盐无毒无害易得，本发明的制备工艺简单，对设备的要求低，可操作性强、易大规模生产制备，无需使用任何有机溶剂和有毒有害化学品，环境友好。

附图说明

图1为实施例1采用的原矿含铁蒙脱石、实施例1制备的蒙脱石纳米酶和对比例1得到的产物的X射线粉末衍射图谱；

图2a为实施例1采用的原矿含铁蒙脱石的原子力显微镜测试结果图；

图2b为实施例1制备的蒙脱石纳米酶的原子力显微镜测试结果图；

图3为实施例1-3制备的蒙脱石纳米酶的类过氧化物酶活性检测结果；

图4为类过氧化物酶活性检测结果图；

图5为对比例2采用不含铁蒙脱石制备产物的类过氧化物酶活性检测结果图；

图6为类氧化物酶活性检测结果图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1：

一种类过氧化物酶活性高的蒙脱石纳米酶的制备方法，具体是按照如下步骤完成：将3g含铁蒙脱石和15g硝酸钠混合，在研钵中充分研磨使混合均匀，再将混合物转到坩埚中。将坩埚放入马弗炉中，反应时间设置为4h，温度设定为350℃，升温速率为10°/min。反应结束后将坩埚取出并冷却至室温。所得固体用去离子水洗涤多次去除硝酸钠，最后离心分离得到蒙脱石纳米酶沉淀，经冷冻干燥后得蒙脱石纳米酶备用。

实施例2

将实施例1中硝酸钠替换为硝酸锂，其他步骤参数不变。

实施例3

将实施例1中硝酸钠替换为硝酸钾，其他步骤参数不变。

对比例1

去掉实施例1中的硝酸钠，其他步骤参数不变。

对比例2

将实施例1中含铁蒙脱石替换为不含铁蒙脱石，其他步骤参数不变。以不含铁蒙脱石作为对照，其结构与含铁蒙脱石类似但不存在结构铁位点，以此可验证含铁蒙脱石类过氧化物酶催化活性位点。

性能测试：

类过氧化物酶活性检测

具体是按照如下步骤完成：设置不同浓度的蒙脱石纳米酶水溶液、不同浓度的过氧化氢溶液和不同浓度的3,3,5,5-四甲基联苯胺溶液。依次在96孔板中加入100μL生理盐水、20μL蒙脱石纳米酶材料(分别加入实施例1-3制备的任一种)、100μL过氧化氢溶液和100μL 3,3,5,5-四甲基联苯胺溶液，并设置空白对比组，在孔板中只加入100μL生理盐水，100μL过氧化氢溶液和100μL 3,3,5,5-四甲基联苯胺溶液，将上述混合溶液在室温下黑暗中孵育20分钟后，用酶标仪记录溶液的吸光度。步骤中蒙脱石纳米酶水溶液的浓度为1mg/mL，过氧化氢溶液最终浓度为40mM，3,3,5,5-四甲基联苯胺溶液的最终浓度为0.4mM。

类氧化酶活性检测

在孔板中不加入100μL过氧化氢溶液而用等体积的去离子水替代，其他过程与类过氧化物酶活性检测。

参见附图1，结果显示，对比例1中，含铁蒙脱石在350℃下煅烧时(001)晶面的衍射峰几乎无偏移，强度降低为脱水所致，但蒙脱石保持了原有晶体结构，实施例1制备的蒙脱石纳米酶，因为含铁蒙脱石在硝酸钠中煅烧后，(001)晶面的衍射峰向大角度偏移，说明蒙脱石被成功剥离。

参见附图2a，可以看出，蒙脱石原矿为团聚状，且片层较厚(图2a)，而参见附图2b，含铁蒙脱石在硝酸钠中剥离后片层明显变薄。

参见附图3，实施例1-3在不同熔盐中处理蒙脱石的类过氧化物酶活性检测结果，在相同材料浓度和反应条件下检测652nm处的吸光度，结果显示，在20分钟内，空白对照组吸光度几乎不增加(曲线a)，硝酸钾(曲线c)中处理后吸光度强于硝酸锂(曲线b)，而硝酸钠中处理后得到的蒙脱石具有最高的类过氧化物酶活性(曲线d)。

参见附图4，按箭头方向从下往上依次代表空白对照(即不加材料)、蒙脱石原矿、蒙脱石-无硝酸钠煅烧(对比例1)、蒙脱石-硝酸钠煅烧(实施例1)的吸光度。实验结果显示，实施例1制备的蒙脱石纳米酶在652nm处有强吸收峰，这说明只有剥离后的蒙脱石在过氧化氢存在下可以催化3,3,5,5-四甲基联苯胺反应，即证实了通过在硝酸钠中熔盐剥离可显著提高蒙脱石的类过氧化物酶活性。

参见附图5，结果显示，不含铁蒙脱石在硝酸钠熔盐中通过同样的方法剥离后(对比例2)，在相同材料浓度和反应条件下检测652nm处的吸光度，在20分钟内，不含铁蒙脱石处理后的材料652nm处的吸光度与含铁蒙脱石相比几乎可忽略不计，这说明结构铁为含铁蒙脱石类过氧化物酶活性的反应位点。

类氧化酶活性检测结果，从图6可知，当溶液中无过氧化氢时，在652nm处均无明显吸收峰，这表明蒙脱石-硝酸钠煅烧(实施例1)无类氧化酶活性。总而言之，将含铁蒙脱石原矿在硝酸钠中煅烧后制备的蒙脱石纳米酶其类过氧化物酶活性显著提升。

以上未涉及之处，适用于现有技术。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种类过氧化物酶活性高的蒙脱石纳米酶的制备方法，其特征在于：以硝酸盐为熔盐，采用熔盐法处理含铁蒙脱石粉末，得类过氧化物酶活性高的蒙脱石纳米酶；其中，所述硝酸盐的熔点为300-400℃；所述熔盐法的具体操作为：将一定质量比例的硝酸盐和含铁蒙脱石粉末混合均匀，加热使硝酸盐熔化，在300-400℃，反应2-12h，反应结束后将混合物冷却至室温，去离子水洗涤以去除硝酸盐，得到的沉淀即为类过氧化物酶活性高的蒙脱石纳米酶。

2.如权利要求1所述的一种类过氧化物酶活性高的蒙脱石纳米酶的制备方法，其特征在于：所述硝酸盐为硝酸锂、硝酸钠和硝酸钾中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的一种类过氧化物酶活性高的蒙脱石纳米酶的制备方法，其特征在于：所述硝酸盐为硝酸钠。

4.如权利要求1所述的一种类过氧化物酶活性高的蒙脱石纳米酶的制备方法，其特征在于：将得到的沉淀冻干干燥。

5.如权利要求1所述的一种类过氧化物酶活性高的蒙脱石纳米酶的制备方法，其特征在于：所述含铁蒙脱石为含铁的天然蒙脱石。

6.采用权利要求1-5任一项所述的制备方法制备的一种类过氧化物酶活性高的蒙脱石纳米酶。

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